JP6104126B2

JP6104126B2 - Film forming apparatus and film forming method

Info

Publication number: JP6104126B2
Application number: JP2013218817A
Authority: JP
Inventors: 一樹滝澤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: JP2015081358A

Description

本発明は、プラズマを用いて処理対象部材に皮膜を形成する皮膜形成装置及び皮膜形成方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film on a processing target member using plasma.

近年、３次元の立体形状の部材に皮膜を形成するために、プラズマイオン注入法を用いる技術が知られている。プラズマイオン注入法では、プラズマ中のイオンを、高電圧のパルス電圧を印加した処理対象部材の表面に衝突させ、物体表面にイオンを注入させる方法である。従来のイオンビームに比べて複雑な３次元形状の部材であっても皮膜を形成することができる点で優れている。 In recent years, in order to form a film on a three-dimensional solid member, a technique using a plasma ion implantation method is known. In the plasma ion implantation method, ions in plasma are made to collide with the surface of a processing target member to which a high-voltage pulse voltage is applied, and ions are implanted into the surface of an object. Compared to a conventional ion beam, it is excellent in that a film can be formed even with a member having a complicated three-dimensional shape.

従来より知られているプラズマイオン注入法を用いたイオン注入装置（特許文献１）では、処理対象部材を処理空間内に支持装置で宙吊り状態に支持し、この処理対象部材に高電圧パルス電源から高電圧パルスを印加する。一方、陰極体で固体原料を溶融させ、固体原料融液を保持させた状態で、陰極体の上方に設けられた陽極体との間で放電させて固体原料融液からプラズマを発生させる。このプラズマの発生により生じたイオンを、高電圧パルスの印加された処理対象部材に引き寄せ、処理対象部材にイオンを注入させる。 In an ion implantation apparatus (Patent Document 1) using a plasma ion implantation method that has been conventionally known, a processing target member is supported in a suspended state by a support device in a processing space, and a high voltage pulse power supply is supported on the processing target member. Apply high voltage pulse. On the other hand, in a state where the solid raw material is melted by the cathode body and the solid raw material melt is held, discharge is performed between the cathode body and the anode body provided above the cathode body to generate plasma from the solid raw material melt. Ions generated by the generation of the plasma are attracted to the member to be processed to which the high voltage pulse is applied, and ions are implanted into the member to be processed.

特許第４０６９１９９号公報Japanese Patent No. 4069199

上記イオン注入装置では、固体原料を熔融する方式として、電子ビームで加熱する方式、固体原料を抵抗加熱で加熱する方式、あるいはアーク放電により固体原料を加熱する方式が用いられる。しかし、黒鉛のような熔融温度の高い固体原料については、上記イオン注入装置に適用できない。 In the ion implantation apparatus, as a method of melting the solid material, a method of heating by an electron beam, a method of heating the solid material by resistance heating, or a method of heating the solid material by arc discharge is used. However, a solid material having a high melting temperature such as graphite cannot be applied to the ion implantation apparatus.

そこで、本発明は、プラズマを用いて処理対象部材に皮膜を形成するとき、従来のイオンビームの照射等で熔融しないような熔融温度の高い材料を用いて処理対象部材に皮膜を形成することができる皮膜形成装置及び皮膜形成方法を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, when a film is formed on a member to be processed using plasma, the film can be formed on the member to be processed using a material having a high melting temperature that does not melt by irradiation with a conventional ion beam or the like. An object is to provide a film forming apparatus and a film forming method.

本発明の一態様は、プラズマを用いて処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成装置である。当該装置は、
処理対象部材を配置した処理空間を囲む処理容器と、
前記処理容器内にレーザ光を照射するレーザ光源部と、
前記処理容器内に設けられ、前記レーザ光の照射を受けることにより処理空間に皮膜成分の粒子を放出する固体の原料ターゲット材と、
前記処理容器の外面上に設けられ、電力の供給を受けることにより、前記皮膜成分の粒子の一部をイオンにするプラズマを前記処理空間内に生成するプラズマ生成素子と、
前記処理対象部材の表面に前記イオンを注入するために、前記処理対象部材にパルス電圧を印加するパルス電圧供給部と、を備え、
前記プラズマ生成素子は、板状部材であって、一方の端から電力が供給され、他方の端が接地された電極板であり、電極板の主表面が前記処理空間に向くように前記処理容器の外面上に設けられている。 One embodiment of the present invention is a film forming apparatus that forms a film on the surface of a processing target member using plasma. The device is
A processing vessel surrounding the processing space in which the processing target member is arranged;
A laser light source unit for irradiating laser light into the processing container;
A solid raw material target material that is provided in the processing container and emits particles of the coating component into the processing space by receiving the laser beam irradiation;
A plasma generating element that is provided on the outer surface of the processing container and generates plasma in the processing space by ionizing some of the particles of the coating component by receiving power supply;
A pulse voltage supply unit that applies a pulse voltage to the processing target member in order to inject the ions into the surface of the processing target member ;
The plasma generating element is a plate-like member, which is an electrode plate to which electric power is supplied from one end and the other end is grounded, and the processing vessel is arranged such that the main surface of the electrode plate faces the processing space. Is provided on the outer surface .

さらに、前記電極板は、前記処理容器の天井の壁面上に設けられ、前記レーザ光は、前記電極板の主表面に平行な方向に進むように、前記処理容器内に入射する、ことが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the electrode plate is provided on a wall surface of the ceiling of the processing container, and the laser light is incident on the processing container so as to travel in a direction parallel to the main surface of the electrode plate. .

また、前記原料ターゲット材は、前記電力が供給される前記電極板の端よりも、前記電極板の接地した端に近い位置に設けられる、ことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said raw material target material is provided in the position near the grounded end of the said electrode plate rather than the end of the said electrode plate to which the said electric power is supplied.

前記パルス電圧供給部の出力する電圧は、調整可能であることが好ましい。 The voltage output from the pulse voltage supply unit is preferably adjustable.

さらに、前記プラズマ生成素子が前記プラズマを生成するとき、前記処理容器に、前記原料ターゲット材の成分とは異なる前記皮膜を形成する成分を含むガスを前記処理空間内に供給するガス供給管が前記処理容器に接続されている、ことが好ましい。 Further, when the plasma generating element generates the plasma, a gas supply pipe that supplies a gas containing a component that forms the film different from the component of the raw material target material into the processing container in the processing space. It is preferable that it is connected to the processing container.

本発明の他の一態様は、プラズマを用いて処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成方法である。当該方法は、
（ａ）形成しようとする皮膜の皮膜成分を含んだ固体の原料ターゲット材にレーザ光を照射することにより、処理空間に皮膜成分の粒子を放出させるステップと、
（ｂ）前記処理空間内でプラズマを生成することにより、前記処理空間内の前記皮膜成分の粒子の一部をイオンにするステップと、
（ｃ）前記処理対象部材にパルス電圧を印加させることにより、前記処理対象部材に前記イオンを注入させて前記処理対象部材に皮膜を形成するステップと、を有し、
前記処理空間を囲む処理容器に外面上には、板状部材であって、前記板状部材の主表面が前記処理空間に向く電極板が設けられ、
前記電極板の一方の端から電力を供給し、他方の端を接地することにより、前記プラズマを生成する。 Another embodiment of the present invention is a film forming method for forming a film on the surface of a processing target member using plasma. The method is
(A) irradiating a solid raw material target material containing a film component of a film to be formed with laser light to release particles of the film component into the processing space;
(B) generating part of the particles of the coating component in the processing space by generating plasma in the processing space;
By applying a pulse voltage to the (c) the processing target member, have a, and forming a film on the processing target member by implanting the ions into the processing target member,
On the outer surface of the processing vessel surrounding the processing space, a plate-like member is provided, and an electrode plate with the main surface of the plate-like member facing the processing space is provided,
The plasma is generated by supplying electric power from one end of the electrode plate and grounding the other end.

このとき、前記（ａ）〜（ｃ）のステップを１つのサイクルとして前記サイクルを繰り返し行うことにより、皮膜の厚さを厚くすることが好ましい。 At this time, it is preferable to increase the thickness of the film by repeatedly performing the steps (a) to (c) as one cycle.

前記処理容器には、少なくとも前記プラズマを生成するとき、皮膜を形成する成分を含むガス、もしくは放出した前記粒子をイオン化するためのガスを供給し、前記（ａ）〜（ｃ）のステップを１つのサイクルとして前記サイクルを繰り返し行うとき、前記ガスの供給量を変更することが好ましい。 The processing container is supplied with a gas containing a component that forms a film at least when generating the plasma, or a gas for ionizing the emitted particles, and the steps (a) to (c) are performed as 1. When the cycle is repeated as one cycle, it is preferable to change the supply amount of the gas.

また、前記処理容器には、少なくとも前記プラズマを生成するとき、皮膜を形成する成分を含むガスを供給し、前記（ａ）〜（ｃ）のステップを１つのサイクルとして前記サイクルを繰り返し行うとき、前記皮膜を形成する成分を含むガスの種類を変更することが好ましい。 When the plasma is generated, the processing vessel is supplied with a gas containing a component that forms a film, and when the steps (a) to (c) are performed as one cycle, the cycle is repeated. It is preferable to change the kind of gas containing the component which forms the said film | membrane.

また、前記（ａ）〜（ｃ）のステップを繰り返し行うとき、前記パルス電圧の電圧値を変更することも好ましい。 It is also preferable to change the voltage value of the pulse voltage when the steps (a) to (c) are repeated.

また、前記（ａ）〜（ｃ）のステップを繰り返し行うとき、前記パルス電圧の電圧値を大きくすることも好ましい。 It is also preferable to increase the voltage value of the pulse voltage when the steps (a) to (c) are repeated.

前記皮膜は、例えば、ダイヤモンドライクカーボンであり、前記原料ターゲット材は、例えば黒鉛である。このとき、前記処理容器に供給される前記ガスは、メタンガス、アセチレンガス、水素ガス、及び希ガス（第１８属元素ガス）の群から少なくとも１つ選択されたガスであることが好ましい。 The film is, for example, diamond-like carbon, and the raw material target material is, for example, graphite. At this time, it is preferable that the gas supplied to the processing container is a gas selected from at least one of a group of methane gas, acetylene gas, hydrogen gas, and rare gas (group 18 element gas).

上述の皮膜形成装置及び皮膜形成方法によれば、プラズマを用いて処理対象部材に皮膜を形成するとき、熔融温度の高い材料を用いて処理対象部材に皮膜を形成することができる。 According to the film forming apparatus and the film forming method described above, when a film is formed on the member to be processed using plasma, the film can be formed on the member to be processed using a material having a high melting temperature.

本実施形態の皮膜形成装置の概略の装置構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic apparatus structure of the film forming apparatus of this embodiment. （ａ）〜（ｃ）は、図１に示す皮膜形成装置のレーザ光の照射のタイミングと、プラズマ生成素子に給電する電力のタイミングと、処理対象部材に印加するパルス電圧のタイミングを示すタイミングチャートである。(A)-(c) is a timing chart which shows the timing of the irradiation of the laser beam of the film formation apparatus shown in FIG. 1, the timing of the electric power supplied to a plasma generation element, and the timing of the pulse voltage applied to a process target member. It is. 本実施形態の皮膜形成装置の電極板に電力を与えたときの処理空間内で生成されるプラズマ中の電子密度の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the electron density in the plasma produced | generated in the process space when electric power is given to the electrode plate of the film forming apparatus of this embodiment. 炭素原子及び炭素イオンの発光強度比と電極板に与える電力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the luminescence intensity ratio of a carbon atom and a carbon ion, and the electric power given to an electrode plate. （ａ），（ｂ）は、電極板により生成されるプラズマ中の電子密度を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the electron density in the plasma produced | generated by an electrode plate.

以下、本発明の皮膜形成装置及び皮膜形成方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である皮膜形成装置１０の概略の装置構成を説明する図である。 Hereinafter, the film forming apparatus and the film forming method of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic apparatus configuration of a film forming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

（皮膜形成装置）
図１に示す皮膜形成装置１０は、プラズマを用いて処理対象部材１１の表面に皮膜を形成する装置である。
皮膜形成装置１０は、処理容器１２と、プラズマ生成素子１４と、高周波電源１６と、マッチングボックス１８と、パルス電圧供給部２０と、制御部２２と、レーザ光源部２４と、原料ターゲット材２６と、ガス供給装置２８と、排気装置３０と、を主に有する。 (Film forming device)
A film forming apparatus 10 shown in FIG. 1 is an apparatus that forms a film on the surface of a processing target member 11 using plasma.
The film forming apparatus 10 includes a processing container 12, a plasma generation element 14, a high frequency power supply 16, a matching box 18, a pulse voltage supply unit 20, a control unit 22, a laser light source unit 24, and a raw material target material 26. The gas supply device 28 and the exhaust device 30 are mainly included.

処理容器１２は、アルミニウム等の材質で形成され、処理空間を内部に作る。処理容器１２には、プラズマの生成用ガス及び皮膜形成用の原料ガスを導入する導入管３２が設けられ、さらに、排気管３４が設けられている。導入管３２は、ガス供給装置２８と接続され、排気管３４は排気装置３０と接続されている。処理空間は、１×１０^−２Ｐａの減圧状態に維持できるように処理容器１２は構成されている。処理容器１２が囲む処理空間には、処理対象部材１１が配置されている。 The processing container 12 is made of a material such as aluminum and creates a processing space inside. The processing vessel 12 is provided with an introduction pipe 32 for introducing a plasma generating gas and a film forming raw material gas, and is further provided with an exhaust pipe 34. The introduction pipe 32 is connected to the gas supply device 28, and the exhaust pipe 34 is connected to the exhaust device 30. The processing container 12 is configured so that the processing space can be maintained at a reduced pressure of 1 × 10 ⁻² Pa. A processing target member 11 is disposed in a processing space surrounded by the processing container 12.

プラズマ生成素子１４は、処理容器１２の天井の壁面上に設けられている。プラズマ生成素子１４は、マッチングボックス１８を介して高周波電源１６と接続されている。図１に示す実施形態では、プラズマ生成素子１４としてプラズマ生成用電極板（以降、電極板という）が用いられている。以降、プラズマ生成素子の符号１４を、電極板の符号として用いる。 The plasma generating element 14 is provided on the ceiling wall of the processing container 12. The plasma generating element 14 is connected to a high frequency power supply 16 through a matching box 18. In the embodiment shown in FIG. 1, a plasma generating electrode plate (hereinafter referred to as an electrode plate) is used as the plasma generating element 14. Hereinafter, the reference numeral 14 of the plasma generating element is used as the reference numeral of the electrode plate.

電極板１４の周囲には、処理容器１２の隔壁と絶縁するための絶縁部材３６が設けられている。一方、電極板１４の処理空間に面する側には、誘電体３８が設けられ電極板１４の処理空間に面する面を覆っている。誘電体３８には、例えば石英板が用いられる。誘電体３８を設けるのは、生成するプラズマによる電極板１４の腐食を防ぎ、かつ効率よくプラズマへエネルギーを供給するためである。
電極板１４は、金属製の板材であり、例えば銅板である。電極板１４の各面のうち面積の最も大きい主表面が処理空間に向くように配置されている。電極板１４は一方向に延在し、延在方向の一端は電力が供給される給電端であり、他端は接地され接地端となっている。電極板１４は、高周波電源１６と接続されている。高周波電源１６は、電源本体部の他に図示されないスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン、オフの制御により高周波の電力の供給のオン、オフが制御される。高周波電源１６は、例えば１〜１００ＭＨｚの範囲の高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を出力する。したがって、電極板１４の一端に電力が給電されると、電極板１４の主表面に沿って電流が流れ、この電流により処理空間内に高周波の磁場が形成され、この磁場によってプラズマが形成される。 An insulating member 36 is provided around the electrode plate 14 to insulate it from the partition walls of the processing container 12. On the other hand, a dielectric 38 is provided on the side of the electrode plate 14 facing the processing space and covers the surface of the electrode plate 14 facing the processing space. For example, a quartz plate is used as the dielectric 38. The reason for providing the dielectric 38 is to prevent the electrode plate 14 from being corroded by the generated plasma and to supply energy to the plasma efficiently.
The electrode plate 14 is a metal plate material, for example, a copper plate. The main surface having the largest area among the surfaces of the electrode plate 14 is arranged to face the processing space. The electrode plate 14 extends in one direction, one end in the extending direction is a power supply end to which power is supplied, and the other end is grounded and serves as a ground end. The electrode plate 14 is connected to a high frequency power supply 16. The high-frequency power supply 16 has a switching element (not shown) in addition to the power supply main body, and the on / off of the high-frequency power supply is controlled by the on / off control of the switching element. The high frequency power supply 16 outputs a high frequency (for example, 13.56 MHz) in a range of 1 to 100 MHz, for example. Therefore, when power is supplied to one end of the electrode plate 14, a current flows along the main surface of the electrode plate 14, and a high-frequency magnetic field is formed in the processing space by this current, and plasma is formed by this magnetic field. .

なお、本実施形態では、プラズマ生成素子として電極板を用いるが、プラズマの生成については、公知の一対の平行平板電極間に高周波の電圧を印加して平行平板電極間にプラズマを生成させる方式やモノポールアンテナにて高周波電力を共振させ電磁波を生成させることによりプラズマを生成させる方式であってもよい。しかし、プラズマ生成素子として電極板１４を用いることは、以下の点で好ましい。
本実施形態でプラズマ生成素子として用いる電極板１４は、電極板１４を流れる電流により高周波の磁場を処理空間内で生成することで、処理空間でプラズマを生成する方式であり、従来の平行平板電極による電場の生成あるいはアンテナの共振による電磁波の生成を利用してプラズマを生成する方式と異なる。電極板を用いる本実施形態の方式では、供給する電力が同じ場合、発生するプラズマ中の電子密度が他の方式に比べて高い。本実施形態は、例えば平行平板電極を用いる方式に比べて１桁高いプラズマ中の電子密度を有する。このため、処理対象部材１１の周囲に形成されるプラズマのシース厚は薄くなる。したがって、処理対象部材１１の表面同士が対向し近接した場合であっても、この近接した表面にイオン注入を行うことができる。この点で、電極板を用いる本実施形態のプラズマ生成方式は３次元形状を有する処理対象部材１１に皮膜を形成する上で有効である。本実施形態のプラズマ生成方式については後述する。 In the present embodiment, an electrode plate is used as the plasma generating element. For plasma generation, a high-frequency voltage is applied between a known pair of parallel plate electrodes to generate plasma between the parallel plate electrodes. A method of generating plasma by resonating high-frequency power with a monopole antenna to generate electromagnetic waves may be used. However, the use of the electrode plate 14 as the plasma generating element is preferable in the following points.
The electrode plate 14 used as a plasma generating element in the present embodiment is a method of generating plasma in a processing space by generating a high-frequency magnetic field in the processing space by a current flowing through the electrode plate 14, and is a conventional parallel plate electrode. This is different from the method of generating plasma using the generation of an electric field by the antenna or the generation of electromagnetic waves by resonance of the antenna. In the system of this embodiment using an electrode plate, when the supplied power is the same, the electron density in the generated plasma is higher than in other systems. This embodiment has an electron density in plasma that is one digit higher than that using, for example, parallel plate electrodes. For this reason, the sheath thickness of the plasma formed around the processing target member 11 is reduced. Therefore, even when the surfaces of the processing target member 11 face each other and are close to each other, ion implantation can be performed on the close surfaces. In this respect, the plasma generation method of the present embodiment using an electrode plate is effective in forming a film on the processing target member 11 having a three-dimensional shape. The plasma generation method of this embodiment will be described later.

パルス電圧供給部２０は、パルス電圧を出力する。パルス電圧供給部２０は、図示されないＤＣ電源と図示されないスイッチ素子を有する。スイッチ素子は、制御部２２の指示に従ってＤＣ電源からの電圧のオン、オフを制御することにより、処理対象部材１１へのパルス電圧の印加を制御する。パルス電圧は、例えば１〜２０ｋＶである。処理対象部材１１は、処理容器１２内に設けられた基台の支持部材４０で支持されて、処理空間内に配置されている。処理対象部材１１は、パルス電圧供給部２０と接続されている。したがって、制御部２２の指示に従ってパルス電圧供給部２０がパルス電圧を出力したとき、処理対象部材１１は、パルス電圧を印加される。これにより、処理対象部材１１へのイオン注入が開始される。 The pulse voltage supply unit 20 outputs a pulse voltage. The pulse voltage supply unit 20 includes a DC power source (not shown) and a switch element (not shown). The switch element controls application of a pulse voltage to the processing target member 11 by controlling on / off of the voltage from the DC power source in accordance with an instruction from the control unit 22. The pulse voltage is, for example, 1 to 20 kV. The processing target member 11 is supported by a base support member 40 provided in the processing container 12 and arranged in the processing space. The processing target member 11 is connected to the pulse voltage supply unit 20. Therefore, when the pulse voltage supply unit 20 outputs a pulse voltage in accordance with an instruction from the control unit 22, the processing target member 11 is applied with the pulse voltage. Thereby, the ion implantation to the process target member 11 is started.

原料ターゲット材２６は、処理容器１２内に設けられた固体材料であり、処理対象部材１１に形成する皮膜の成分を含む。原料ターゲット材２６は、レーザ光の照射を受けることにより処理空間に皮膜成分の粒子を放出する。原料ターゲット材２６には、グラファイト（黒鉛）やチタン等の板材が用いられる。皮膜としてダイヤモンドカーボンの皮膜を形成する場合、原料ターゲット材２６としてグラファイト（黒鉛）が用いられる。また、皮膜として窒化チタンの皮膜を形成する場合、原料ターゲット材２６としてチタンが用いられる。 The raw material target material 26 is a solid material provided in the processing container 12 and includes a component of a film formed on the processing target member 11. The raw material target material 26 emits film component particles into the processing space when irradiated with laser light. A plate material such as graphite (graphite) or titanium is used for the raw material target material 26. When a diamond carbon film is formed as the film, graphite (graphite) is used as the raw material target material 26. When a titanium nitride film is formed as the film, titanium is used as the raw material target material 26.

処理容器１２に設けられる導入管３２は、ガス供給装置２８と接続されている。ガス供給装置２８は、複数の種類のガスを供給する。複数の種類のガスは、例えば、電極板１４を用いて処理空間でプラズマが容易に生成されるように供給されるアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスと、皮膜の成分となる成分を含む原料ガスを含む。原料ガスは、皮膜としてダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成する場合、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）ガス、メタン（ＣＨ₄）ガス、あるいは水素（Ｈ₂）ガスを含む。また、皮膜として窒化チタンの皮膜を形成する場合、原料ガスは、窒素（Ｎ₂）ガスあるいはアンモニアガスを含む。 The introduction pipe 32 provided in the processing container 12 is connected to the gas supply device 28. The gas supply device 28 supplies a plurality of types of gases. The plurality of types of gas include, for example, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas supplied so that plasma is easily generated in the processing space using the electrode plate 14 and a component that is a component of the film. Contains source gas. The raw material gas contains acetylene (C ₂ H ₂ ) gas, methane (CH ₄ ) gas, or hydrogen (H ₂ ) gas when a diamond-like carbon film is formed as a film. Further, when a titanium nitride film is formed as the film, the source gas contains nitrogen (N ₂ ) gas or ammonia gas.

制御部２２は、原料ターゲット材２６へのレーザ光の照射のタイミング、電極板１４に供給する電力の供給のタイミング、処理対象部材１１に印加するパルス電圧の印加のタイミング、ガス源２８からのガスの供給のタイミングを制御する。これらのタイミングについては後述する。 The control unit 22 performs irradiation timing of the laser beam on the raw material target material 26, supply timing of the power supplied to the electrode plate 14, application timing of the pulse voltage applied to the processing target member 11, and gas from the gas source 28. Control the timing of supply. These timings will be described later.

（皮膜形成方法）
図２（ａ）は、図１に示す皮膜形成装置１０におけるレーザ光の照射のタイミングを示し、図２（ｂ）は、プラズマ生成素子である電極板１４に給電する電力のタイミングを示し、図２（ｃ）は、処理対象部材１１に印加するパルス電圧のタイミングを示す。 (Film formation method)
2A shows the timing of laser light irradiation in the film forming apparatus 10 shown in FIG. 1, and FIG. 2B shows the timing of power supplied to the electrode plate 14 that is a plasma generating element. 2 (c) shows the timing of the pulse voltage applied to the processing target member 11.

まず、処理空間内にアルゴンガス等の不活性ガスと原料ガスを供給し、圧力１〜１０Ｐａにする。この状態で、図２（ａ）に示すように、原料ターゲット材２６にレーザ光を照射する。レーザ光の照射期間は、例えば０．１ｐ秒〜１μ秒である。レーザ光のフルエンス（単位面積当たりのエネルギー量）は、例えば１０〜５００Ｊ／ｃｍ^２である。レーザ光の照射により、原料ターゲット材２６の表面から原料ターゲット材２６の一部が粒子となって処理空間へ飛び出し、原料ターゲット材２６近傍に浮遊する。
電極板１４への高周波電力の供給により、処理空間にはプラズマ生成用ガスがあるので、電極板１４の形成する磁場により、プラズマ生成用ガスを用いたプラズマが生成される。そして、このプラズマ中の電子が処理空間に導入管３２から導入された原料ガスの一部を解離及びイオン化する。さらにプラズマ中の電子が原料ターゲット材２６から飛び出した粒子を解離及びイオン化する。
次に、図２（ｃ）に示すように、処理対象部材１１にパルス電圧を印加することにより、処理対象部材１１に、原料ターゲット材２６から処理空間内に浮遊する上述のイオンが引き寄せられて処理対象部材１１の表面からイオンが注入され処理対象部材１１の表面が改質されるとともに、上述のイオンが処理対象物１１の表面に堆積して皮膜が形成される。
このような処理を１サイクルとしてサイクルを繰り返す。すなわち、次のサイクルにおいても、レーザ光の原料ターゲット材２６への照射、電極板１４への高周波電力の供給、及び処理対象部材１１へのパルス電圧の印加を行う。これにより、プラズマの生成時にイオンあるいはイオンから生成されたラジカルの堆積により処理対象部材１１の表面に皮膜が形成されるとともに、パルス電圧の処理対象部材１１への印加により、皮膜さらには処理対象部材１１中にイオンが注入されて処理対象部材１１の表面改質及び皮膜の成分が定まる。 First, an inert gas such as argon gas and a source gas are supplied into the processing space, and the pressure is set to 1 to 10 Pa. In this state, as shown in FIG. 2A, the raw material target material 26 is irradiated with laser light. The irradiation period of the laser light is, for example, 0.1 p second to 1 μsec. The fluence (energy amount per unit area) of the laser light is, for example, 10 to 500 J / cm ² . Due to the laser light irradiation, a part of the raw material target material 26 jumps out from the surface of the raw material target material 26 into the processing space as particles and floats in the vicinity of the raw material target material 26.
Due to the supply of the high frequency power to the electrode plate 14, there is a plasma generating gas in the processing space, so that a plasma using the plasma generating gas is generated by the magnetic field formed by the electrode plate 14. The electrons in the plasma dissociate and ionize part of the source gas introduced from the introduction tube 32 into the processing space. Further, the electrons in the plasma dissociate and ionize the particles that have jumped out of the raw material target material 26.
Next, as shown in FIG. 2C, by applying a pulse voltage to the processing target member 11, the above-described ions floating in the processing space from the raw material target material 26 are attracted to the processing target member 11. Ions are implanted from the surface of the processing target member 11 to modify the surface of the processing target member 11, and the above-described ions are deposited on the surface of the processing target object 11 to form a film.
Such a process is regarded as one cycle and the cycle is repeated. That is, also in the next cycle, irradiation of the raw material target material 26 with laser light, supply of high-frequency power to the electrode plate 14, and application of a pulse voltage to the processing target member 11 are performed. As a result, a film is formed on the surface of the processing target member 11 by deposition of ions or radicals generated from the ions at the time of plasma generation, and the film and further the processing target member are applied by applying a pulse voltage to the processing target member 11. 11 is implanted to determine the surface modification of the processing target member 11 and the components of the film.

なお、上述した処理を、複数サイクル行うことにより、皮膜の厚さを徐々に厚くすることが、所定の皮膜の厚さを実現する上で好ましい。
また、処理容器１２には、プラズマを生成するとき、皮膜を形成する成分を含むガス（原料ガス）が供給される場合がある。このとき、上述したサイクルを繰り返し行うとき、原料ガスの供給量を変更する、ことが好ましい。例えば、サイクルの繰り返し回数が増えるにつれて、原料ガスの供給量を徐々に少なくすることで、皮膜の成分が徐々に変化した傾斜材料を作ることができる。例えば、処理対象部材１１の表面にダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成するとき、処理対象部材１１の表面に近い程水素の成分を高め、皮膜の最表層に近づくほど水素の成分を小さくして、最表層を極めて硬い層とし、処理対象部材１１の表面に近い層を比較的柔らかい層とすることで、処理対象部材１１の変形に追従することのできる皮膜を形成することができる。水素が多く含まれる層ほど柔らかい層となる。
また、上述したサイクルを繰り返し行うとき、ガスの種類を変更することも好ましい。例えば、最初のサイクルでは水素ガスを、その後のサイクルではメタンガスを、さらに後のサイクルではアセチレンガスを処理空間に供給する。メタンガスにおけるカーボンに対する水素の成分の比は、アセチレンガスにおけるカーボンに対する水素の成分の比よりも高いので、皮膜における水素の成分の濃度を最表層に進むにしたがって徐々に低くするとき、サイクル数が増えるにつれて水素ガス、メタンガス及びアセチレンガスの順番で変更することが好ましい。水素ガスからメタンガス、あるいはメタンガスからアセチレンガスに原料ガスを変更するとき、水素ガスとメタンガスの混合ガス、メタンガスとアセチレンガスの混合ガスを用いることも好ましい。この場合、混合ガスにおけるガスの混合比率も、サイクル数が増えるにつれて変更することも好ましい。この場合においても、サイクルの回数が増えるにつれて、水素ガスとメタンガスの混合ガスにおけるメタンガスの混合比率を増やすことが好ましく、メタンガスとアセチレンガスの混合ガスにおけるアセチレンガスの混合比率を増やすことも好ましい。 In addition, it is preferable in order to implement | achieve the thickness of a predetermined | prescribed film | membrane to gradually increase the thickness of a film | membrane by performing the process mentioned above in multiple cycles.
In addition, when the plasma is generated, the processing container 12 may be supplied with a gas (raw material gas) containing a component that forms a film. At this time, it is preferable to change the supply amount of the source gas when the above-described cycle is repeated. For example, as the number of repetitions of the cycle increases, a gradient material in which the components of the coating gradually change can be made by gradually decreasing the supply amount of the source gas. For example, when a diamond-like carbon film is formed on the surface of the processing target member 11, the hydrogen component is increased as it is closer to the surface of the processing target member 11, and the hydrogen component is decreased as it approaches the outermost layer of the film. By making the surface layer a very hard layer and making the layer close to the surface of the processing target member 11 a relatively soft layer, a film that can follow the deformation of the processing target member 11 can be formed. A layer containing more hydrogen is a softer layer.
It is also preferable to change the type of gas when the above cycle is repeated. For example, hydrogen gas is supplied to the processing space in the first cycle, methane gas is supplied in the subsequent cycle, and acetylene gas is supplied in the subsequent cycle. The ratio of the hydrogen component to carbon in the methane gas is higher than the ratio of the hydrogen component to carbon in the acetylene gas, so the number of cycles increases when the concentration of the hydrogen component in the film is gradually lowered as it goes to the outermost layer. Accordingly, it is preferable to change the order of hydrogen gas, methane gas, and acetylene gas. When changing the raw material gas from hydrogen gas to methane gas or from methane gas to acetylene gas, it is also preferable to use a mixed gas of hydrogen gas and methane gas or a mixed gas of methane gas and acetylene gas. In this case, it is also preferable to change the gas mixing ratio in the mixed gas as the number of cycles increases. Even in this case, as the number of cycles increases, it is preferable to increase the mixing ratio of methane gas in the mixed gas of hydrogen gas and methane gas, and it is also preferable to increase the mixing ratio of acetylene gas in the mixed gas of methane gas and acetylene gas.

さらに、上述したサイクルを繰り返し行うとき、パルス電圧の電圧値を変更することも好ましい。同じ原料ガスを導入管３２から処理空間内に導入しても、処理対象部材１１に印加するパルス電圧の電圧レベルの大小により、形成される皮膜の成分が異なる。電圧レベルが大きい場合、処理対象部材１１の表面からイオンが注入される量が増えるので、処理対象部材１１の表面が改質され易くなるとともに、上述のイオンが処理対象物１１の表面に堆積し易くなる。したがって、処理対象部材１１に形成される皮膜が馴染むように、皮膜の処理対象部材１１では比較的柔らかく、皮膜の最表層で硬くなるようにするためには、処理対象部材１１に印加するパルス電圧の電圧値をサイクルが増えるに従って大きくすることが好ましい。 Furthermore, it is also preferable to change the voltage value of the pulse voltage when the above-described cycle is repeated. Even when the same raw material gas is introduced into the processing space from the introduction pipe 32, the components of the film to be formed differ depending on the voltage level of the pulse voltage applied to the processing target member 11. When the voltage level is large, the amount of ions implanted from the surface of the processing target member 11 increases, so that the surface of the processing target member 11 is easily modified and the above-mentioned ions are deposited on the surface of the processing target object 11. It becomes easy. Therefore, in order to make the coating film formed on the processing target member 11 familiar, the pulse processing voltage applied to the processing target member 11 is relatively soft in the processing target member 11 of the coating and hard on the outermost layer of the coating. It is preferable to increase the voltage value as the number of cycles increases.

（電極板を用いたプラズマ生成方式）
本実施形態の電極板１４を用いて高周波の磁場を処理空間内に生成してプラズマを生成する方式は、図３に示すように、電極板１４に供給する電力を増大するほど処理容器内のプラズマ中の電子密度は増大する。図３は、図１に示す皮膜形成装置１０の電極板１４に電力を与えたときの処理空間内で生成されるプラズマ中の電子密度の分布を、ラングミュアプローブにより計測した結果を示す図である。このように、電極板１４を用いたプラズマでは、電極板１４に供給する電力を増大する程、電子密度は増大することから、プラズマの密度も増大することがわかる。従来の平行平板電極では、１０００Ｗ程度の電力を与えても、電子密度は１０¹⁰（ｃｍ^-3）程度にしかならず、しかも、供給する電力に対して電子密度は変化しにくい。このため、平行平板電極を用いたプラズマの生成方式では、プラズマ密度を制御することは難しい。しかも、電子密度は１０¹⁰（ｃｍ^-3）程度では、ダイヤモンドライクカーボンを作製するために、グラファイト（黒鉛）から飛び出した炭素粒子から得られる炭素原子をイオン化することは難しい。図４は、処理空間内に生成されるプラズマ中の炭素原子の発光強度（２４７．９ｎｍの波長における強度）及び炭素イオンの発光強度（４２６．７ｎｍの波長における強度）を計測したときに得られる発光強度比（炭素イオンの発光強度／炭素原子の発光強度）の、電極板１４へ供給される電力に対する変化を示す図である。図４に示すように、電極板１４に供給する電力が１０００Ｗ以上になると、上述の強度比が大きくなっている。これは、電力が１０００Ｗ以上で、プラズマにより炭素原子が炭素イオンに変化することを意味し、１０００Ｗ未満では、炭素原子のイオン化が難しいことを示している。１０００Ｗの電力を電極板１４に供給したときのプラズマ中の電子密度は、図３からわかるように、５×１０¹¹（ｃｍ^-3）である。したがって、上述したように、電子密度が１０¹⁰（ｃｍ^-3）程度にしかならない平行平板電極を用いたプラズマ生成方式では、炭素原子をイオン化することは難しい。この点で、電極板１４を用いたプラズマ生成方式は有効である。 (Plasma generation method using electrode plate)
As shown in FIG. 3, the method of generating plasma by generating a high-frequency magnetic field in the processing space using the electrode plate 14 of the present embodiment increases the power supplied to the electrode plate 14 in the processing container. The electron density in the plasma increases. FIG. 3 is a diagram showing a result of measuring a distribution of electron density in plasma generated in the processing space when power is applied to the electrode plate 14 of the film forming apparatus 10 shown in FIG. 1 using a Langmuir probe. . As described above, in the plasma using the electrode plate 14, the electron density increases as the power supplied to the electrode plate 14 is increased, and thus it is understood that the plasma density also increases. In the conventional parallel plate electrode, even when a power of about 1000 W is applied, the electron density is only about 10 ¹⁰ (cm ⁻³ ), and the electron density hardly changes with the supplied power. For this reason, it is difficult to control the plasma density in the plasma generation method using parallel plate electrodes. Moreover, when the electron density is about 10 ¹⁰ (cm ⁻³ ), it is difficult to ionize carbon atoms obtained from the carbon particles jumped out of graphite (graphite) in order to produce diamond-like carbon. FIG. 4 is obtained when the emission intensity of carbon atoms (intensity at a wavelength of 247.9 nm) and the emission intensity of carbon ions (intensity at a wavelength of 426.7 nm) in the plasma generated in the processing space are measured. It is a figure which shows the change with respect to the electric power supplied to the electrode plate 14 of luminescence intensity ratio (luminescence intensity of a carbon ion / luminescence intensity of a carbon atom). As shown in FIG. 4, when the power supplied to the electrode plate 14 is 1000 W or more, the above-described intensity ratio is increased. This means that the electric power is 1000 W or more, and carbon atoms are changed to carbon ions by plasma. If the electric power is less than 1000 W, it is difficult to ionize the carbon atoms. As can be seen from FIG. 3, the electron density in the plasma when 1000 W of electric power is supplied to the electrode plate 14 is 5 × 10 ¹¹ (cm ⁻³ ). Therefore, as described above, it is difficult to ionize carbon atoms in the plasma generation method using parallel plate electrodes whose electron density is only about 10 ¹⁰ (cm ⁻³ ). In this respect, the plasma generation method using the electrode plate 14 is effective.

なお、原料ターゲット材２６は、電力が供給される電極板１４の端よりも、電極板１４の接地した端に近い位置に設けられることが好ましい。電極板１４には、一方向に電流が流れるため、電極板１４の給電端と接地端との間では、電位に大きな差が生じる。図５（ａ），（ｂ）は、電極板１４により生成されるプラズマ中の電子密度を説明する図である。図５（ｂ）に示す結果は、アルゴンガス（５Ｐａ）を導入した処理空間内で生成されるプラズマの電子密度の測定結果である。このとき、電極板１４の電力の供給端に１０００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）が付与され、多端が接地されている。図５（ｂ）に示すように、接地側では電子密度が高く、供給端では電子密度が低い。この理由については、明確ではないが、接地端では電流により生成された磁場に基づいて生成されるプラズマ（電流に由来するプラズマ）が支配的であるのに対し、供給端側では高電圧によって生成されるプラズマ（電圧に由来するプラズマ）が支配的であることに起因すると考えられる。供給端の側では、高電圧のため、供給端の側では電子のエネルギーが低く、高密度なプラズマが生成されにくいと考えられるからである。したがって、このプラズマ中のイオン密度及びイオンのエネルギー分布も接地端の側及び供給端の側では異なっている。したがって、このプラズマ密度及びエネルギー分布の高い領域に原料ターゲット材２６から飛散した粒子が浮遊させるために、原料ターゲット材２６は、電力が供給される電極板１４の端よりも、電極板１４の接地した端に近い位置に設けられることが好ましい。 The raw material target material 26 is preferably provided at a position closer to the grounded end of the electrode plate 14 than the end of the electrode plate 14 to which power is supplied. Since a current flows through the electrode plate 14 in one direction, a large difference in potential occurs between the power supply end of the electrode plate 14 and the ground end. FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the electron density in the plasma generated by the electrode plate 14. The result shown in FIG. 5B is a measurement result of the electron density of plasma generated in the processing space into which argon gas (5 Pa) is introduced. At this time, 1000 W of high-frequency power (13.56 MHz) is applied to the power supply end of the electrode plate 14, and the multiple ends are grounded. As shown in FIG. 5B, the electron density is high on the ground side, and the electron density is low on the supply end. The reason for this is not clear, but the plasma generated based on the magnetic field generated by the current is dominant at the grounded end (plasma derived from the current), whereas the supply end is generated by a high voltage. This is thought to be due to the dominant plasma (plasma derived from voltage) being dominant. This is because, on the supply end side, since the voltage is high, the energy of electrons is low on the supply end side and it is considered that high-density plasma is difficult to be generated. Therefore, the ion density and ion energy distribution in the plasma are also different on the ground end side and the supply end side. Therefore, since the particles scattered from the raw material target material 26 float in the region where the plasma density and energy distribution are high, the raw material target material 26 is grounded to the electrode plate 14 rather than the end of the electrode plate 14 to which power is supplied. It is preferable to be provided at a position close to the edge.

以上，まとめると、本実施形態では、処理容器１２内に設けられた原料ターゲット材２６にレーザ光の照射させることにより、処理空間に皮膜成分の粒子を放出させる。このため、処理対象部材１１に、従来の方法では皮膜の形成が困難であった熔融温度の高い材料を用いて処理対象部材１１に皮膜を形成することができる。
このとき、プラズマ生成素子は、板状部材であって、一方の端から電力が供給され、他方の端が接地された電極板１４であり、電極板１４の主表面が処理空間に向くように処理容器１２の外面上に設けられていることにより、プラズマ密度の高いプラズマを生成することができ、シース厚を薄くすることができる。このため、処理対象部材１１の表面が対向するように近接した複雑な形状の処理対象部材１１であっても、皮膜を形成することができる。
本実施形態の電極板１４は、処理容器１２の天井の壁面上に設けられ、レーザ光は、電極板１４の主表面に平行な方向に進むように、処理容器１２内に入射することにより、原料ターゲット材２６から飛び出した粒子は、原料ターゲット材２６の近傍であって、電極板１４の主表面に平行なレーザ光の光路の周辺に飛散するので、電極板１４の主表面に沿って上記粒子は浮遊する。このため、電極板１４に高周波電力が給電されたとき、上記粒子はプラズマ密度の高い領域に浮遊することになるため、上記粒子の一部は原子さらにはイオンとなり易い。
原料ターゲット材２６は、電力が供給される電極板１４の端よりも、電極板１４の接地した端に近い位置に設けられることにより、原料ターゲット材２６から飛び出した粒子を用いて有効にイオンを生成することができる。
パルス電圧供給部２０の出力する電圧は、調整可能であることにより、処理対象部材１１に形成される皮膜の成分を制御することができる。
さらに、プラズマを生成するとき、処理容器１２に、原料ターゲット材２６の成分とは異なる皮膜を構成する成分を含むガスを処理空間内に供給する導入管３２が処理容器１２に接続されていることで、皮膜を所望の成分に形成することができる。
本実施形態では、レーザ光の照射、プラズマの生成、処理対象部材２６へのパルス電圧の印加を１サイクルとしてサイクル繰り返すことで皮膜の厚さを厚くすることが、所望の膜厚にする点で好ましい。
このとき、原料ターゲット材２６の成分とは異なる皮膜を構成する成分を含むガスを処理容器１２内に供給し、上述のサイクルを繰り返すとき、ガスの供給量を変更することが、皮膜の成分を厚さ方向で変化させる点で好ましい。ガスの供給量を変更する代わりに、皮膜を形成する成分を含むガスの種類を変更することも、皮膜の成分を厚さ方向で変化させる点で好ましい。あるいは、ガスの供給量を変更する代わりに、パルス電圧の電圧値を変更することも、皮膜の成分を厚さ方向で変化させる点で好ましい。
形成する皮膜が、例えば、ダイヤモンドライクカーボンであるとき、原料ターゲット材は、グラファイト（黒鉛）とし、処理容器内に供給する原料ガスは、メタンガス、アセチレンガス、及び水素ガスの群から少なくとも１つ選択されたガスを用いるとよい。また、原料ターゲット材２６から放出された粒子をイオン化するために用いるアルゴン等の希ガスを処理容器内に供給してもよい。 In summary, according to the present embodiment, the raw material target material 26 provided in the processing container 12 is irradiated with laser light, thereby releasing particles of the coating component into the processing space. For this reason, it is possible to form a film on the processing target member 11 using a material having a high melting temperature, which is difficult to form on the processing target member 11 by a conventional method.
At this time, the plasma generating element is a plate-like member, which is an electrode plate 14 to which power is supplied from one end and grounded at the other end, so that the main surface of the electrode plate 14 faces the processing space. By being provided on the outer surface of the processing vessel 12, plasma having a high plasma density can be generated, and the sheath thickness can be reduced. For this reason, even if it is the processing target member 11 of the complicated shape which adjoined so that the surface of the processing target member 11 may oppose, a membrane | film | coat can be formed.
The electrode plate 14 of the present embodiment is provided on the wall surface of the ceiling of the processing container 12, and the laser light enters the processing container 12 so as to travel in a direction parallel to the main surface of the electrode plate 14. The particles jumping out from the raw material target material 26 are scattered in the vicinity of the raw material target material 26 and around the optical path of the laser beam parallel to the main surface of the electrode plate 14. Particles float. For this reason, when high-frequency power is supplied to the electrode plate 14, the particles float in a region having a high plasma density, so that some of the particles are likely to be atoms or ions.
The raw material target material 26 is provided at a position closer to the grounded end of the electrode plate 14 than the end of the electrode plate 14 to which power is supplied. Can be generated.
Since the voltage output from the pulse voltage supply unit 20 is adjustable, the component of the film formed on the processing target member 11 can be controlled.
Further, when generating plasma, the processing vessel 12 is connected to the processing vessel 12 with an introduction pipe 32 that supplies a gas containing a component that forms a coating different from the component of the raw material target material 26 into the processing space. Thus, the film can be formed into a desired component.
In the present embodiment, increasing the thickness of the film by repeating the cycle of laser light irradiation, plasma generation, and application of a pulse voltage to the processing target member 26 as one cycle is to achieve a desired film thickness. preferable.
At this time, when a gas containing a component constituting a coating different from the component of the raw material target material 26 is supplied into the processing container 12 and the above cycle is repeated, changing the gas supply amount may change the component of the coating. This is preferable in that it is changed in the thickness direction. Instead of changing the gas supply amount, it is also preferable to change the type of gas containing the component that forms the film, in that the component of the film is changed in the thickness direction. Alternatively, it is also preferable to change the voltage value of the pulse voltage instead of changing the gas supply amount in terms of changing the film components in the thickness direction.
When the film to be formed is, for example, diamond-like carbon, the raw material target material is graphite (graphite), and the raw material gas supplied into the processing vessel is selected from the group of methane gas, acetylene gas, and hydrogen gas It is advisable to use a gas that has been prepared. Moreover, you may supply rare gas, such as argon used in order to ionize the particle | grains discharge | released from the raw material target material 26 in a processing container.

以上、本発明の皮膜形成装置及び皮膜形成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the film forming apparatus and the film forming method of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course it is also good.

１０皮膜形成装置
１１処理対象部材
１２処理容器
１２ａ窓
１４プラズマ生成素子（電極板）
１６高周波電源
１８マッチングボックス
２０パルス電圧供給部
２２制御部
２４レーザ光源部
２６原料ターゲット材
２８ガス供給装置
３０排気装置
３２導入管
３４排気管
３６絶縁部材
３８誘電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Film formation apparatus 11 Process target member 12 Processing container 12a Window 14 Plasma generating element (electrode plate)
16 High-frequency power supply 18 Matching box 20 Pulse voltage supply unit 22 Control unit 24 Laser light source unit 26 Raw material target material 28 Gas supply device 30 Exhaust device 32 Introduction tube 34 Exhaust tube 36 Insulating member 38 Dielectric

Claims

A film forming apparatus that forms a film on the surface of a processing target member using plasma,
A processing vessel surrounding the processing space in which the processing target member is arranged;
A laser light source unit for irradiating laser light into the processing container;
A solid raw material target material that is provided in the processing container and emits particles of the coating component into the processing space by receiving the laser beam irradiation;
A plasma generating element that is provided on the outer surface of the processing container and generates plasma in the processing space by ionizing some of the particles of the coating component by receiving power supply;
A pulse voltage supply unit that applies a pulse voltage to the processing target member in order to inject the ions into the surface of the processing target member ;
The plasma generating element is a plate-like member, which is an electrode plate to which electric power is supplied from one end and the other end is grounded, and the processing vessel is arranged such that the main surface of the electrode plate faces the processing space. A film forming apparatus , which is provided on an outer surface of the film.

The electrode plate is provided on the ceiling wall of the processing container, wherein the laser beam is to travel in a direction parallel to the main surface of the electrode plate, and enters into the processing chamber, according to claim 1 Film forming equipment.

The raw target material, than the end of the electrode plate in which the power is supplied, is provided at a position closer to the grounded end of the electrode plate, the film forming apparatus according to claim 1 or 2.

Voltage output of the pulse voltage supply unit is adjustable, the film forming apparatus according to any one of claims 1-3.

Further, when the plasma generating element generates the plasma, a gas supply pipe that supplies a gas containing a component that forms the film different from the component of the raw material target material into the processing container in the processing space. The film formation apparatus of any one of Claims 1-4 connected to the processing container.

A film formation method for forming a film on the surface of a processing target member using plasma,
(A) irradiating a solid raw material target material containing a film component of the film to be formed with laser light to release particles of the film component into the processing space;
(B) generating part of the particles of the coating component in the processing space by generating plasma in the processing space;
By applying a pulse voltage to the (c) the processing target member, have a, and forming a film on the processing target member by implanting the ions into the processing target member,
On the outer surface of the processing vessel surrounding the processing space, a plate-like member is provided, and an electrode plate with the main surface of the plate-like member facing the processing space is provided,
A method of forming a film, characterized in that the plasma is generated by supplying electric power from one end of the electrode plate and grounding the other end .

The film forming method according to claim 6 , wherein the thickness of the film is increased by repeating the cycle with the steps (a) to (c) as one cycle.

When the plasma is generated, the processing container is supplied with a gas containing a component that forms a film, or a gas for ionizing the emitted particles,
The film formation method according to claim 7 , wherein when the steps (a) to (c) are repeated as one cycle, the gas supply amount is changed.

The coating is diamond-like carbon,
The raw material target material is graphite,
The film forming method according to claim 8 , wherein the gas supplied to the processing container is a gas selected from at least one of a group of methane gas, acetylene gas, hydrogen gas, and a rare gas.

When the plasma is generated, the processing container is supplied with a gas containing a component that forms a film,
The film forming method according to claim 7 , wherein when the steps (a) to (c) are repeated as one cycle and the cycle is repeated, the type of gas containing the component that forms the film is changed.

The film forming method according to any one of claims 6 to 10 , wherein when the steps (a) to (c) are repeated, the voltage value of the pulse voltage is changed.

The film forming method according to claim 6 , wherein when the steps (a) to (c) are repeatedly performed, the voltage value of the pulse voltage is increased.